Контрольная работа по « Биология с основами экологии»

Разные виды живых организмов заметно  отличаются друг от друга, как по положению оптимума, так и по пределам выносливости. Например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне около 80°С (от +30 до -55°С), некоторые тепловодные рачки выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29°С), нитчатая цианобактерия осциллатория, живущая на острове Ява в воде с температурой 64°С, погибает при 68°С уже через 5—10 мин. Точно так же одни луговые травы предпочитают почвы с довольно узким диапазоном кислотности — при рН = 3,5—4,5 (например, вереск обыкновенный, белоус торчащий, щавель малый служат индикаторами кислых почв), другие хорошо растут при широком диапазоне рН — от сильнокислого до щелочного (например, сосна обыкновенная). В связи с этим организмы, для существования которых необходимы строго определенные, относительно постоянные условия среды, называют стенобионтными (греч. stenos — узкий, bion — живущий), а те, которые живут в широком диапазоне изменчивости условий среды, — эврибионтными (греч. eurys — широкий). При этом организмы одного и того же вида могут иметь узкую амплитуду по отношению к одному фактору и широкую — к другому (например, приспособленность к узкому диапазону температур и широкому диапазону солености воды). Кроме того, одна и та же доза фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Способность организмов адаптироваться к определенному  диапазону изменчивости факторов среды  называют экологической пластичностью. Эта особенность является одним из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Значит, эврибионтные организмы являются экологически наиболее пластичными, что обеспечивает их широкое распространение, а стенобионтные, напротив, отличаются слабой экологической пластичностью и, как следствие, обычно имеют ограниченные ареалы распространения.

Взаимодействие экологических  факторов. Ограничивающий фактор. Экологические  факторы воздействуют на живой организм совместно и одновременно. При  этом действие одного фактора зависит  от того, с какой силой и в  каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействие факторов. Например, жару или мороз легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе. Скорость испарения воды листьями растений (транспирация) значительно выше, если температура воздуха высокая, а погода ветреная.

В некоторых случаях недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Явление частичной  взаимозаменяемости действия экологических  факторов называется эффектом компенсации. Например, увядание растений можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и снижением температуры воздуха, уменьшающего транспирацию; в пустынях недостаток осадков в определенной мере восполняется повышенной относительной влажностью воздуха в ночное время; в Арктике продолжительный световой день летом компенсирует недостаток тепла.

Вместе с тем ни один из необходимых  организму экологических факторов не может быть полностью заменен  другим. Отсутствие света делает жизнь  растений невозможной, несмотря на самые  благоприятные сочетания других условий. Поэтому если значение хотя бы одного из жизненно необходимых экологических факторов приближается к критической величине или выходит за ее пределы (ниже минимума или выше максимума), то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Такие факторы называются ограничивающими (лимитирующими).

Природа ограничивающих факторов может  быть различной. Например, угнетение  травянистых растений под пологом  буковых лесов, где при оптимальном  тепловом режиме, повышенном содержании углекислого газа, богатых почвах возможности развития трав ограничиваются недостатком света. Изменить такой  результат можно только воздействием на ограничивающий фактор.

Ограничивающие факторы среды  определяют географический ареал вида. Так, продвижение вида на север может  лимитироваться недостатком тепла, а в районы пустынь и сухих  степей — недостатком влаги или  слишком высокими температурами. Фактором, ограничивающим распространение организмов, могут служить и биотические  отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для цветковых растений.

Выявление ограничивающих факторов и  устранение их действия, т. е. оптимизация  среды обитания живых организмов, составляет важную практическую цель в повышении урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности домашних животных.

Среда обитания - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качестве факторов.

Экологический фактор - это любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. В свою очередь организм реагирует на экологический фактор приспособительными реакциями.

Экологические факторы среды, с которыми связан любой организм, делятся на 2 категории:

1) Факторы неживой природы (абиотические)

2) Факторы живой природы  (биотические) 

 

 

Закон лимитирующего  фактора.

Для разных видов растений и животных условия, в которых  они особенно хорошо себя чувствуют, неодинаковы. Например, одни растения предпочитают очень влажную почву, другие - сухую. Одни требуют сильной  жары, другие лучше переносят более  холодную среду и т.п. В лабораторных экспериментах эти различия проявляются  особенно четко.

Проведены  следующие  лабораторные  исследования.  Растения выращивают в различных камерах, где контролируются все абиотические факторы. При этом один фактор изменяется, а остальные остаются неизменными. В данном случае изменяется температура / Результаты показывают, что по мере повышения температуры от некоторой величины, ниже которой рост вообще не возможен,,. растение развивается всё лучше и лучше, пока скорость роста не достигнет максимального значения. При дальнейшем повышении температуры растение будет чувствовать себя всё хуже и хуже и в конечном итоге погибнет. Графически это можно изобразить следующим образом:

У каждого фактора, влияющего на рост, размножение и выживание  организма, есть оптимум, зона стресса  и далее зона, в которой существование  данного организма не возможно.

Зона оптимума - это обычно диапазон температур, а не конкретная величина т.е. диапазон температур, при которых максимальна скорость роста.

Слева и справа от зоны оптимума находятся зоны стресса, в них растение испытывает стресс с скорость роста резко уменьшается.

Диапазон  устойчивости - диапазон температур, в котором возможен рост растения.

Предел устойчивости - минимальная и максимальная температура пригодная для жизни.

Сходные эксперименты можно  провести и дня проверки влияния других факторов, причём результаты графически всегда одинаковы.

Подобные эксперименты показывают, что виды могут существенно различаться  с точки зрения оптимальных условий  и пределов устойчивости. Например, количество воды оптимальное для  одного вида вызывает стресс у другого  и приводит к гибели третий вид. Некоторые  растения вообще не переносят заморозков (t<0°C), это ведёт к их гибели, другие растения способны выжить при небольших холодах, а есть растения, для которых несколько недель отрицательных температур - необходимое условие завершения жизненного цикла. То же самое справедливо и для других экологических факторов.

В описанном выше эксперименте изменялся только один фактор, а  остальные как бы соответствовали  зоне оптимума. Таким образом, мы наблюдали  действие закона лимитирующих факторов:

Даже единственный фактор за пределами своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма, а в пределе - к его гибели.

Такой фактор называется лимитирующим. Это относится к любому влияющему на рост параметру, которого «слишком мало» или «слишком много». Например, гибель растений вызывается и чрезмерным поливом и избытком удобрений, так и недостатком воды и питательных веществ. Закон лимитирующего фактора был сформулирован Либихом в 1840 году в ходе его наблюдений за влиянием на растения минеральных удобрений. Он обнаружил, что ограничение дозы любого удобрения ведёт к одинаковому результату - замедлению роста.

Другая формулировка этого  закона известна как закон толерантности. Он был установлен американским зоологом В.Шелфордом в 1913 г.:

любой живой организм имеет определенные, эволюционно  унаследованные, верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Дальнейшие наблюдения показали, что он относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим  факторам. Это может быть и конкуренция, хищничество и паразитизм.

Закон толерантности дополняют  положения американского эколога  Ю.Одума:

1)    организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного экологического фактора и низкий диапазон в отношении другого;

2)    организмы с широким диапазоном толерантности (эврибионты) в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены;

3)    диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов, если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для организма;

4)    многие факторы среды становятся ограничивающими (лимитирующими) в особо важные (критические) периоды жизни организмов, особенно в период размножения.

Эврибионты – организмы с широким диапазоном толерантности по отношению ко всему набору экологических факторов.

Стенобионты – организмы с узким диапазоном толерантности.

Если толерантность организма  определяется по отношению к какому-то определенному фактору, корень «бионт»  заменяют на греческое название экологического фактора: стенотермный или эвритермный  вид – толерантность по отношению  к температуре; стено- и эвригалинный – по отношению к солености и т.д.

Для обозначения видов, приспособленных  к высоким «дозам» экологического фактора, включает часть греческого слова, от которого происходит название фактора и часть греческого слова phileo-«люблю», а приспособленность к низким дозам указывают с помощью греческого слова «phobos» - страх. Например: термофилы –теплолюбивые виды, ксерофилы –приспособленные к засухе и т.д.

Жизненная форма  вида – сложившийся комплекс его биологических. физиологических и морфологических свойств, обуславливающих определенную реакцию на воздействие окружающей среды. Жизненная форма – отражение приспособленности самых разных организмов к отдельным экологическим факторам, даже если они относятся к разным категориям в классификации животного и растительного мира. Например: гидробионты –обитатели водной среды- принято делить на формы: планктон –обитатели поверхностного слоя воды, не способные сопротивляться течению; нектон – самостоятельно плавающие организмы; бентос –донные организмы, ведущие прикрепленный образ жизни.

Закон совокупного действия факторов:

совокупность факторов воздействует сильнее всего на те фазы развития организмов, которые имеют наименьшую пластичность – минимальную способность к приспособлению.

 

 4. Представление об экологической нише организмов: потенциальная  ниша, реализованная ниша.

 

    Требования к экологическим  факторам среды обуславливают  ареал того вида, к которому  организм принадлежит, а в пределах  ареала –конкретные места обитания.    

 Местообитание – пространственно ограниченная совокупность условий среды, обеспечивающая весь цикл развития и размножения особей одного вида, «адрес» организма.   

 Экологическая  ниша – функциональная характеристика вида в сообществе. Это совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе и его средообразующая деятельность, «профессия» вида в сообществе.

Аксиома адаптированности:

каждый вид  адаптирован к строго определенной, специфичной для него совокупности условий существования – экологической  нише.

Принцип конкурентного исключения (Г.Ф.Гаузе):

два вида не могут  устойчиво существовать в одной   и той же экологической  нише.

Правило обязательного заполнения экологических ниш:

любая пустующая  экологическая ниша всегда бывает естественным образом заполнена.   

 Потенциальная  (фундаментальная) экологическая  ниша – совокупность условий, в которых вид в принципе может существовать.   

 Реализованная  ниша – совокупность благоприятных условий, в которых вид встречается реально в данном сообществе.